Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
<span Courier New"">
<span Courier New""> МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОГОМАШИНОСТРОЕНИЯ
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New""> Дляслужебного пользования
<span Courier New""> Экз. N_______
<span Courier New""> На правахрукописи
<span Courier New""> УДК 621.52/.646:658.5
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New""> 1БАТРАКОВ ВАСИЛИЙБОРИСОВИЧ
<span Courier New"">
<span Courier New""> 2СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ИФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
<span Courier New""> 2ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙАППАРАТУРЫ
<span Courier New"">
<span Courier New""> Специальность 05.27.07. — Оборудованиепроизводства
<span Courier New""> электроннойтехники
<span Courier New""> Специальность 05.13.12. — Системыавтоматизации
<span Courier New""> проектирования
<span Courier New"">
<span Courier New""> Д и с с е р т а ц и я
<span Courier New""> на соискание ученой степени кандидататехнических наук
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New""> Научныйруководитель
<span Courier New""> кандидат техническихнаук, доцент
<span Courier New""> Львов БорисГлебович
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New""> Москва — 1992
<span Courier New"">.
<span Courier New""> — 2 -
<span Courier New""> СОДЕРЖАНИЕ
<span Courier New"">
<span Courier New"">Введение.................................................... 4
<span Courier New"">1. Современноесостояние работ по созданию вакуумной
<span Courier New""> коммутационной аппаратуры… 10
<span Courier New""> 1.1. Анализ связей ВКА с оборудованиемэлектронной
<span Courier New""> техники. Основные требования,предъявляемые к ВКА… 10
<span Courier New""> 1.2. Функционально-структурный анализ ВКА… 15
<span Courier New""> 1.3. Структурно-конструктивная классификацияВКА… 28
<span Courier New""> 1.4. Аналитический обзор методов поискового
<span Courier New""> конструирования… 30
<span Courier New""> Выводы… 39
<span Courier New"">2. Системныйанализ вакуумной коммутационной аппаратуры… 41
<span Courier New""> 2.1. Системная модель ВКА при функциональноми схемо-
<span Courier New""> техническом проектировании… 41
<span Courier New""> 2.2. Функции и структура ВКА… 42
<span Courier New""> 2.3. Свойства ВКА и ее структурныхсоставляющих… 55
<span Courier New""> 2.4. Цели проектирования ВКА… 62
<span Courier New""> 2.5. Уравнение функционирования и критерииоптималь-
<span Courier New""> ности ВКА… 70
<span Courier New""> Выводы…73
<span Courier New"">3. Разработкаметодологии схемотехнического и функционального
<span Courier New""> проектирования ВКА… 75
<span Courier New""> 3.1. Методические основы функционального исхемотех-
<span Courier New""> нического проектирования ВКА… 75
<span Courier New""> 3.2. Методика параметрического анализаконструкций ВКА… 76
<span Courier New""> 3.3. Методика синтеза структур ВКА… 80
<span Courier New""> 3.4. Синтез и кинематический анализмеханизмов ВКА… 94
<span Courier New""> 3.5. Моделирование процесса функционированияВКА .........109
<span Courier New""> Выводы...................................................115
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 3 -
<span Courier New"">
<span Courier New"">4. Создание новыхконструкций ВКА на базе автоматизации
<span Courier New""> схемотехнического и функциональногопроектирования .......118
<span Courier New""> 4.1. Программые средства анализасуществующих конст-
<span Courier New""> рукций ВКА..........................................118
<span Courier New""> 4.2. Программные средства синтеза и анализаструктур ВКА..121
<span Courier New""> 4.3. Структурно-функциональная модель САПРВКА на этапе
<span Courier New""> схемотехнического и функциональногопроектирования...124
<span Courier New""> 4.4. Конструкции ВКА, разработанные наоснове синтезиро-
<span Courier New""> ванных структур.....................................128
<span Courier New""> Выводы ...................................................135
<span Courier New"">Заключение..................................................137
<span Courier New"">Литература..................................................140
<span Courier New"">Приложения..................................................157
<span Courier New"">
<span Courier New"">.
<span Courier New""> — 4 -
<span Courier New""> ВВЕДЕНИЕ
<span Courier New"">
<span Courier New""> Необходимость всесторонней интенсификацииэкономики нераз-
<span Courier New"">рывно связана с ускорением научно-техническогопрогресса, важ-
<span Courier New"">нейшиминаправлениями которого являются создание и освоение
<span Courier New"">принципиальноновой техники и технологии, автоматизация и меха-
<span Courier New"">низацияпроизводства. Выполнение этих задач требует, в част-
<span Courier New"">ности, развитиявакуумной техники, оказывающей определяющее вли-
<span Courier New"">яние на созданиеи производство изделий электроники и все более
<span Courier New"">широкоиспользуемой в других отраслях промышленности.
<span Courier New""> Разработка новых вакуумных технологийпредъявляет к вакуум-
<span Courier New"">ному оборудованиюповышенные требования, разнообразный именяю-
<span Courier New"">щийся диапазонзначений которых обуславливает необходимость мо-
<span Courier New"">дернизации иразработки новых конструкций его элементной базы, в
<span Courier New"">частности, вакуумной коммутационной аппаратуры (ВКА):клапанов,
<span Courier New"">затворов, натекателей, служащих для периодического сообщения и
<span Courier New"">герметичногоперекрытия вакуумных коммуникаций и управления ва-
<span Courier New"">куумным режимом. Конструкцией и правильнойэксплуатацией ВКА,
<span Courier New"">являющейсянеотъемлемой частью вакуумных систем (ВС), в значи-
<span Courier New"">тельной степениопределяется надежность работы вакуумного техно-
<span Courier New"">логическогооборудования. (ВТО). Вместе с тем традиционноепро-
<span Courier New"">ектирование, основанное на интуитивно-эмпирическом подходе,
<span Courier New"">исходя из уровнязнаний конструктора, не удовлетворяет вполной
<span Courier New"">мереужесточившимся требованиям к созданию ВКА (например, необ-
<span Courier New"">ходимостиминимального воздействия потоков газовыделения и заг-
<span Courier New"">рязнений на технологическую среду оборудованияпроизводства из-
<span Courier New"">делий электроннойтехники, работе при температурах 600 — 800 К,
<span Courier New"">повышениюпоказателей надежности в десятки раз и т.д.), что осо-
<span Courier New"">бенно заметно напримере цельнометаллической ВКА, показатели ка-
<span Courier New"">чества которой,начиная с начала 70-х годов по существу не улуч-
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 5 -
<span Courier New"">шаются. В связи сэтим существующие конструкции громоздки, имеют
<span Courier New"">небольшой ресурс и наработку на отказ. Ситуация осложняется
<span Courier New"">отсутвием единогонаучно обоснованного подхода к проектированию
<span Courier New"">ВКА, что приводит к неоправданному еемногообразию, низкому ка-
<span Courier New"">чествуконструкций и, как следствие, к отказами простоям доро-
<span Courier New"">гостоящегооборудования при эксплуатации. Крометого, проявля-
<span Courier New"">ется тенденция кзначительному уменьшению сроков проектирования
<span Courier New"">ВКА, которая наряду с указанными факторамивызывает необходи-
<span Courier New"">мостьавтоматизации процесса проектирования.
<span Courier New""> Одним из выходов из сложившейся ситуацииявляется разработ-
<span Courier New"">ка и применениеновых развивающихся методик проектирования, поз-
<span Courier New"">воляющих генерировать множество различных техническихрешений и
<span Courier New"">проводитьцеленаправленный их поиск и выбор, исходя из техни-
<span Courier New"">ческого задания(ТЗ), имеющего жесткие и иногда полярныетребо-
<span Courier New"">вания.
<span Courier New""> Изложенное определило цель настоящейработы, которой явля-
<span Courier New"">ется созданиенаучно обоснованной методологии схемотехнического
<span Courier New"">и функционального проектирования ВКА, направленной на решение
<span Courier New"">проблемпроектирования ВКА, с конкретнойреализацией в виде но-
<span Courier New"">вых конструкций ВКА и программно-информационныхсредств, пред-
<span Courier New"">назначенных дляанализа, синтеза и моделирования работы ВКА.
<span Courier New""> Принципиально функциональное и схемотехническое проектиро-
<span Courier New"">вание ВКА,заключающееся в синтезе и анализе ВКА на этапе техни-
<span Courier New"">ческого предложения и содержащее оценку свойств ВКАна основе
<span Courier New"">исследованияпроцессов ее функционирования, генерацию и выбор
<span Courier New"">принципиальныхтехнических решений, определяющих структуру ВКА с
<span Courier New"">учетом спецификиее функционирования в составе конкретной ВС,
<span Courier New"">можно представитьв виде последовательности: цель проектирования
<span Courier New"">- функция — устройство (элементная структура), которая обуслав-
<span Courier New"">ливает необходимость формального описанияструктур, функций,
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 6 -
<span Courier New"">свойств, объектовдля определения проектных целей в виде измене-
<span Courier New"">ния структур ВКАи определения связей свойств ВКА для построения
<span Courier New"">этих структур.
<span Courier New""> Более детально модель процесса проектирования ВКА нана-
<span Courier New"">чальных стадияхможно представить в виде алгоритма, укрупненная
<span Courier New"">блок-схемакоторого приведена на рис. 1.
<span Courier New""> Согласно представленной блок-схемы, ТЗ на разработку ВКА
<span Courier New"">определяетсятребованиями к ВС, являющейся для ВКАобъектом бо-
<span Courier New"">лее высокогоуровня, а начальным этапом создания ВКА является
<span Courier New"">поиск аналогов. Это объясняется нецелесообразностью разработки
<span Courier New"">новой конструкцииВКА при наличии среди существующих вариантов
<span Courier New"">ВКАконструкции, полностью удовлетворяющейпредъявленным требо-
<span Courier New"">ваниям.
<span Courier New""> В случае отсутствия аналогов необходимопроанализировать ТЗ
<span Courier New"">для выявлениязаведомо завышенных требований с целью их смягче-
<span Courier New"">ния. Если данная процедура не приводит кнахождению аналога, то
<span Courier New"">переходят кпоиску прототипа — конструкции ВКА, наиболее полно
<span Courier New"">соответствующей требованиям ТЗ. Сравнение параметров выбранной
<span Courier New"">конструкции ВКА стребуемыми (ТЗ) позволяет сформировать потре-
<span Courier New"">бительские цели проектирования ВКА в виде необходимостиизмене-
<span Courier New"">ниясоответствующих значений параметров ВКА или ее структурных
<span Courier New"">составляющих.
<span Courier New""> Цели и критерии позволяют конструкторуосуществлять направ-
<span Courier New"">ленный поиск исинтез технических решений ВКА. Исходяиз целей,
<span Courier New"">определяютнеобходимые функции и функциональные модули, их реа-
<span Courier New"">лизующие. Вводя соответствующие отношения срединайденных функ-
<span Courier New"">циональныхмодулей, получают возможные структуры ВКА, из которых
<span Courier New"">с помощью критериев выбирают структуру, наиболее отвечающую
<span Courier New"">предъявленнымтребованиям ТЗ (происходит достижение проектной
<span Courier New"">цели).
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 8 -
<span Courier New""> Отсутствие среди известныхудовлетворительной функциональ-
<span Courier New"">ной структуры или появление новых функций длядостижения потре-
<span Courier New"">бительской целипроектирования ВКА приводит к необходимости син-
<span Courier New"">теза физического принципа действия ВКА, являющегося этапом ее
<span Courier New"">функциональногопроектирования, появлению новых функциональных
<span Courier New"">модулей иповторению этапов схемотехнического проектирования ВКА
<span Courier New"">для синтеза ееоптимальной элементной структуры.
<span Courier New""> Анализ приведенного алгоритмапроектирования показал, что,
<span Courier New"">помимоотмеченного отсутствия системного описания ВКА, удобного
<span Courier New"">для постановки задач схемотехнического ифункционального проек-
<span Courier New"">тирования, достижение поставленной цели осложнено также
<span Courier New"">отсутствиемисследований процесса функционирования ВКА с позиций
<span Courier New"">схемотехническогопроектирования; формального описанияструктур
<span Courier New"">ВКА и процесса их синтеза; формализованных научно обоснованных
<span Courier New"">методов принятиярешений при конструировании ВКА, чтопозволило
<span Courier New"">сформулироватьследующие основные задачи, подлежащиерешению:
<span Courier New"">- проведениесистемного анализа ВКА;
<span Courier New"">- разработкасистемной модели процесса проектированияВКА;
<span Courier New"">- разработкаметодики и математических моделей процесса проекти-
<span Courier New"">рования ВКА науровне формирования ее структурных схем;
<span Courier New"">- построение иисследование модели функционирования ВКА;
<span Courier New"">- разработка формализованных методов выбора и критериев опти-
<span Courier New"">мальности приструктурном синтезе ВКА;
<span Courier New"">- разработкакомплекса программных средств автоматизации началь-
<span Courier New"">ных этаповпроектирования ВКА;
<span Courier New"">- разработкановых конструкций ВКА на основе использования соз-
<span Courier New"">данногометодического и информационно-программного обеспечений.
<span Courier New""> На защиту выносятся:
<span Courier New""> 1. Системные модели ВКА и процесса ее функционального и
<span Courier New"">схемотехническогопроектирования.
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 9 -
<span Courier New""> 2. Методика и математические моделифункционально-схемотех-
<span Courier New"">ническогопроектирования ВКА.
<span Courier New""> 3. Математические модели ВКА на этапах функционального и
<span Courier New"">схемотехническогопроектирования.
<span Courier New""> 4. Методика и математическая модель оценки конструкцийВКА
<span Courier New"">и ее структурныхсоставляющих.
<span Courier New""> 5. Результаты исследования математическоймодели функциони-
<span Courier New"">рования ВКА икритерии оптимальности конструкций ВКА.
<span Courier New""> 6. Новый класс ВКА переменной структуры иконструкции ВКА.
<span Courier New"">
<span Courier New"">.
<span Courier New""> — 10 -
<span Courier New""> I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮВАКУУМНОЙ
<span Courier New""> КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ
<span Courier New"">
<span Courier New""> I.I. Анализ связей ВКА с оборудованиемэлектронной
<span Courier New""> техники. Основные требования,предъявляемые к
<span Courier New""> ВКА.
<span Courier New"">
<span Courier New""> Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных
<span Courier New"">исследованийнаходит возрастающее применение в различных отраслях
<span Courier New"">промышленности. При этом основным потребителем элементов,средств
<span Courier New"">и системвакуумной техники является электронная техника, предъяв-
<span Courier New"">ляющая наиболеежесткие, зачастую противоречивые и трудно реализу-
<span Courier New"">емые требования ксоздаваемым ВС.
<span Courier New""> Используемое в электронной технике вакуумное технологическое
<span Courier New"">и научноеоборудование, интервалы рабочих давленийосновных типов
<span Courier New"">которого приведены на рис. I.I., по величине рабочего давления
<span Courier New"">можно условноразделить на три группы: 1) установки с рабочим дав-
<span Courier New"">лением до 5 10 Па; 2) установки с рабочим давлением до 1
<span Courier New"">10 Па; 3) оборудование с рабочим вакуумом выше1 10 Па.
<span Courier New""> Как правило, получение вакуума в оборудовании первой группы
<span Courier New"">достигаетсяприменением паромасляных диффузионных насосов с ловуш-
<span Courier New"">ками, позволяющими исключить наличие углеводородных соединений в
<span Courier New"">рабочейсреде; герметизация разъемных соединений осуществляется
<span Courier New"">резиновыми прокладками [I — 5]. Подобные установки относятся к
<span Courier New"">непрогреваемымсистемам, длительность откачки которых определя-
<span Courier New"">ется, в основном, десорбцией паров воды [6 — 8]. Дополнительными
<span Courier New"">требованиями кустановкам данного типа могут служить необходимость
<span Courier New"">полученияопределенного спектра остаточных газов [9, 10], исключе-
<span Courier New"">ние привносимойдефектности на изделие электронной техники [11 -
<span Courier New"">15], высокая (до1600 К) температура в рабочей камере и повышенные
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 11 -
<span Courier New"">требования кнадежности работы из-за значительного экономического
<span Courier New"">ущерба в случаеотказа [16 — 18].
<span Courier New""> Оборудование второй группы [19 — 24] обеспечивает получение
<span Courier New"">более низкихпарциальных давлений остаточных газов. В данной груп-
<span Courier New"">пеоборудования, в основном, используютбезмасляные (турбомолеку-
<span Courier New"">лярные, магнито- и электро-разрядные насосы) и комбинированные
<span Courier New"">средства откачки[25 — 27]. В качестве уплотнений разъемных соеди-
<span Courier New"">нений применяютсяметаллические прокладки и прокладки, изготовлен-
<span Courier New"">ные изтермостойкой резины [28, 29]. Как правило, установки второй
<span Courier New"">группы прогреваются до 400 - 650 К (оборудование для откачки
<span Courier New"">электровакуумныхприборов частично до 950 К), имеют достаточно
<span Courier New"">большое времядостижения рабочего давления (от 5 до 20 часов) [19,
<span Courier New"">30 — 33] и болеежесткие требования к привносимой на изделие де-
<span Courier New"">фектности [34].
<span Courier New""> К третьей группе оборудования принадлежатуникальные системы-
<span Courier New"">ускорители заряженных частиц [35 — 38], камеры для космических
<span Courier New"">исследований иряд технологических установок и научных приборов
<span Courier New"">[39, 40]. Их отличие от вакуумных систем второй группы состоит в
<span Courier New"">необходимостипредварительной обработки и очистки материалов для
<span Courier New"">вакуумных систем,длительном времени прогрева и откачки, использо-
<span Courier New"">вании толькометаллических уплотнителей в разъемных соединениях.
<span Courier New"">При этом времясуществования высокого вакуума в рабочем объеме мо-
<span Courier New"">жет длитьсямесяцами и годами [29, 41 — 43].
<span Courier New""> Общим требованием ко всем группам вакуумногооборудования яв-
<span Courier New"">ляетсяавтоматизация технологических процессов и научного экспери-
<span Courier New"">мента [44 — 46].
<span Courier New""> В свою очередь, требования к вакуумномуоборудованию формиру-
<span Courier New"">ют требования кего элементной базе, в том числе кВКА, которая,
<span Courier New"">являясьнеотъемлемой частью ВС вакуумного оборудования (например,
<span Courier New"">только в одно- идвухкамерных установках число коммутационных уст-
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 12 -
<span Courier New"">ройств колеблетсяот 5 до 10, достигая 15 [20, 47]), во многом оп-
<span Courier New"">ределяет еговыходные характеристики. Так, производительность обо-
<span Courier New"">рудования первой и второй групп определяется не только его
<span Courier New"">конструкцией (однопозиционные установки периодического действия,
<span Courier New"">установкиполунепрерывного действия со шлюзовыми камерами, уста-
<span Courier New"">новки и линиинепрерывного действия и др.), но исокращением вре-
<span Courier New"">мени достижениярабочего давления, зависящим, в частности, от про-
<span Courier New"">водимости ВКА[48, 49].
<span Courier New""> Следует отметить и наметившуюся впоследнее время в произ-
<span Courier New"">водстве изделийэлектронной техники тенденцию к понижению рабочего
<span Courier New"">давления до10 — 10 Па вследствие существенного влияния дав-
<span Courier New"">ления ипарциального состава газовой смеси на параметры и свойства
<span Courier New"">изделий [1, 19,40], т.е. к использованию высоко- и сверхвысокова-
<span Courier New"">куумногооборудования, требующего прогрева до 700- 800 К и, сле-
<span Courier New"">довательно,применения цельнометаллической ВКА, позволяющей сокра-
<span Courier New"">тить времядостижения сверхвысокого вакуума в 2,5 раза и упростить
<span Courier New"">обслуживаниеустановок [25, 41]. С учетом отмеченногово введении
<span Courier New"">критического состояния проектирования цельнометаллическойВКА це-
<span Courier New"">лесообразновыделить для детального рассмотрения области ее приме-
<span Courier New"">нения, которыепоказаны на рис. I.2.
<span Courier New""> При этом, несмотря на достаточно четкуюграницу между группа-
<span Courier New"">ми оборудования с одинаковыми вакуумнымихарактеристиками и усло-
<span Courier New"">виямиэксплуатации, определяющими основныесвойства ВКА, к ней
<span Courier New"">предъявляется множество разнообразных дополнительных требований,
<span Courier New"">зависящих отконкретного случая использования, чтоведет к увели-
<span Courier New"">чениюноменклатуры ВКА, затрудняя проведение унификации и стандар-
<span Courier New"">тизациивакуумного оборудования и повышая трудоемкость его проек-
<span Courier New"">тирования иизготовления.
<span Courier New""> Анализ длительности технологических циклови ресурса работы
<span Courier New"">оборудования, проведенный по работам [19, 20, 24, 47, 48],позво-
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 14 -
<span Courier New"">ляет судить отребуемом ресурсе и цикличности работы ВКА и показы-
<span Courier New"">вает, что числоциклов работы клапанов и затворов лежит в пределах
<span Courier New"">500 — 8000, а в ряде установок, имеющих длительность технологи-
<span Courier New"">ческого процессапорядка десятков секунд (например, электронно-лу-
<span Courier New"">чевых установокмикросварки), их ресурс должен быть значительно
<span Courier New"">большим - 20000 — 50000. Кроме того, особенностью ВКА является
<span Courier New"">кратковременныйциклический режим работы с большими промежутками
<span Courier New"">междувключениями: отношение времени работы к времени выстоя очень
<span Courier New"">различно и всреднем находится в пределах 1 : (100 — 10000). Сум-
<span Courier New"">марное времянахождения механизмов ВКА в динамическом состоянии до
<span Courier New"">заменыуплотнительной пары составляет для ВКА с металлическим уп-
<span Courier New"">лотнителем всреднем примерно 2 — 4 часа, для ВКА срезиновым уп-
<span Courier New"">лотнением — 20 — 50 часов.
<span Courier New""> Снижение рабочего вакуума накладывает дополнительные ограни-
<span Courier New"">чения наразработку ВКА, связанные с необходимостью уменьшения
<span Courier New"">влияния элементов вакуумной полости ВКА напараметры технологи-
<span Courier New"">ческого процессаи учета привносимой дефектности [50, 51]. При
<span Courier New"">этом рядответственных сверхвысоковакуумных систем, взамен большо-
<span Courier New"">го ресурса работыВКА выдвигает на первый план требования к быст-
<span Courier New"">родействию ивысокой надежности ее работы [37, 39].
<span Courier New""> Таким образом, анализ назначения ВКА в свете задач, решаемых
<span Courier New"">современнымвакуумным оборудованием, позволил сформировать следую-
<span Courier New"">щие основныетребования, предъявляемые к ВКА.
<span Courier New""> ВКА должна:
<span Courier New"">иметь заданную проводимость в открытом положении; обеспечивать
<span Courier New"">требуемоебыстродействие; гарантировать величину натекания в за-
<span Courier New"">крытомположении ВКА не выше допустимой (например, соизмеримой с
<span Courier New"">уровнем газопроницаемости конструкционных материалов и материала
<span Courier New"">уплотнителя);допускать эксплуатацию в диапазонетемператур от 77
<span Courier New"">до 800 К;минимально воздействовать на качественный и количествен-
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 15 -
<span Courier New"">ный составостаточной среды в вакуумной системе; иметь достаточные
<span Courier New"">ресурсработы и наработку на отказ; предусматривать возможность
<span Courier New"">автоматическогоуправления и контроля за работой; обладать мини-
<span Courier New"">мальными габаритами и весом; обеспечивать простой монтаж и де-
<span Courier New"">монтажустройства; иметь высокие технолого-экономические показа-
<span Courier New"">тели.
<span Courier New"">
<span Courier New""> I.2. Функционально-структурный анализ ВКА.
<span Courier New"">
<span Courier New""> Несмотря на все возрастающую потребность вВКА, имеющаяся по
<span Courier New"">ней литературавесьма скудна, разрознена и носит большей частью
<span Courier New"">описательный характер. В затрагивающих данную область работах
<span Courier New"">практическиотсутствуют методики проектирования ВКА, недостаточны
<span Courier New"">рекомендации иданные по ее расчету и конструированию [20, 29, 51-
<span Courier New"">54], вследствие чего разработка конкретныхустройств ВКА в боль-
<span Courier New"">шинстве случаев основывается на опыте конструктора. При этом
<span Courier New"">отсутствиеединого научно обоснованного подхода к проектированию
<span Courier New"">ВКА затрудняет создание конструкции, имеющейнаилучшие характе-
<span Courier New"">ристики по всемпоказателям качества, поэтому существующие вакуум-
<span Courier New"">ные клапаны и затворы удовлетворительно соответствуют лишь 3 — 4
<span Courier New"">показателямкачества, что приводит кнеоправданному многообразию
<span Courier New"">их конструкций.
<span Courier New""> Достоинства и недостатки существующих конструкций ВКА
<span Courier New"">рассмотрим наоснове анализа информации, содержащейся в литератур-
<span Courier New"">ных источниках икаталогах отечественных предприятий-разработчиков
<span Courier New"">изаводов-изготовителей и передовых в области вакуумного машиност-
<span Courier New"">роенияиностранных фирм [20, 29, 51 — 67].
<span Courier New""> На рис. 1.3, 1.4 приведены примерыконструктивных схем ВКА,
<span Courier New"">дающиепредставление о ее многообразии, на рис. 1.5 показаны
<span Courier New"">основныепринципиальные схемы ВКА, а на рис. 1.6 — типовые схемы
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 19 -
<span Courier New"">ее уплотнительныхпар.
<span Courier New""> Проанализируем существующие техническиерешения ВКА с позиций
<span Courier New"">функционально-структурного подхода - реализации последователь-
<span Courier New"">ности: цель — функция — устройство.
<span Courier New""> Плоский затвор (рис. 1.5 а, е), имеющий минимальное расстоя-
<span Courier New"">ние междуприсоединительными фланцами (цель), воизбежание износа
<span Courier New"">уплотнителятребует при перемещении улотнительного органа 1 для
<span Courier New"">открывания илиперекрывания проходного отверстия 2 создания гаран-
<span Courier New"">тированногозазора между ним и корпусом 3, чтоприводит к необхо-
<span Courier New"">димостиосуществления в клапане двух не совпадающих по направлени-
<span Courier New"">ям движений:перемещения уплотнительного органа 1 для открывания и
<span Courier New"">перекрывания проходного отверстия 2 и герметизации уплотнительной
<span Courier New"">пары(функция), а, следовательно, либо к появлению механизма 4 в
<span Courier New"">вакуумной полости(рис. 1.5, а), либо к использованию двухиспол-
<span Courier New"">нительных органови соответственно двух вводов движения в вакуум
<span Courier New"">5,5 (рис. 1.5, е) (устройство). Оба решениясущественно снижают
<span Courier New"">надежность иресурс работы устройства, а второе приводит и к
<span Courier New"">усложнениюуправления затвором.
<span Courier New""> Отличительной особенностью схемыповоротного затвора, приве-
<span Courier New"">денной на рис.1.5, б, является возможность совмещения в корпусе 3
<span Courier New"">проходного иуглового взаиморасположения перекрываемых отверстий 2
<span Courier New"">(цель), а такжесовпадение направлений перемещения уплотнительного
<span Courier New"">органа и усилиягерметизации при уплотнении (функция). Однако по-
<span Courier New"">воротный затвор с непосредственным воздействием ведущего звена 6
<span Courier New"">на уплотнительныйорган 1 (устройство) не получил широкого расп-
<span Courier New"">ространения вследствие необходимости созданиязначительных крутя-
<span Courier New"">щих моментов пригерметизации запорной пары.
<span Courier New""> Другие типы конструкций ВКА также обладаютрядом недостатков.
<span Courier New"">Работа крана(рис. 1.5, в) связана со скольжением уплотнительных
<span Courier New"">поверхностей элементов 1 и 3 друг относительно друга, и, как
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 20 -
<span Courier New"">следствие, подобные устройства имеют повышенноенатекание и малый
<span Courier New"">ресурсработы. К недостаткам конструкций, представленных на рис.
<span Courier New"">1.5 г, д, можно отнести использование механизманепосредственного
<span Courier New"">действия[51], приводящего к повышенныммассо-габаритным характе-
<span Courier New"">ристикамавтоматического привода.
<span Courier New""> Для приближенной </s